Les séries thermométriques et leurs biais

Par Prof. Dr. Paul Berth, 24 mars 2018.

L’homme a inventé le thermomètre en 1624. Il n’existe donc pas de relevés directs de température avant cette date. Les relevés systématiques effectués journellement en divers endroits du globe n’existent que depuis 1880. Il existe 4 principales séries :

1. La série thermométrique GISTEMP (Goddard Institute de la NASA, aux USA). Il s’agit de stations terrestres et de température de surface des océans. Ces mesures sont essentiellement disponibles depuis 1880. Remarquons que le Goddard Institute de la NASA utilise simplement les données de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration, aux USA), qui consistent en ces trois séries :

  • La série de températures terrestres GHCN-M version 3.3.0 de juin 2015 (Global Historical Climate Network-Monthly).
  • La série de température de surface des océans ERSST version 4 (Extended Reconstructed Sea Surface Temperature). Cette série se base sur les données ICOADS (International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set) et emploie des méthodes statistiques pour reconstruire des séries de température à partir de données éparses.
  • La série SCAR : stations Antarctiques.

Ces trois séries de données sont combinées comme indiqué dans Hansen et al (2010) Global surface temperature change. Rev. Geophys., 48, RG4004.

2. La série thermométrique du Hadley Center (au Royaume Uni) comportant notamment la série HadCRUT4. Il s’agit de stations terrestres et marines. Ces mesures sont essentiellement disponibles depuis 1880.

3. Les données des satellites RSS (Remote Sensing System). Il s’agit d’une compagnie localisée en Californie et spécialisée dans les satellites possédant des senseurs à micro-ondes. Les données RSS concernent :

  • La température de surface des océans SST (Sea Surface Temperature) mesurée par des radiomètres à micro-ondes. Ces données sont disponibles depuis 1997.
  • La température de l’air au-dessus de la surface de la terre (Upper Air Temperature) mesurée par des radiomètres à micro-ondes . Pour cela les données des senseurs MSU (Microwave Sounding Units; satellites en orbite polaire, entre 1978 et 2000) et les données des senseurs AMSU (Advanced Microwave Sounding Units; depuis 1998) sont combinées. Ces senseurs fournissent notamment la température de la basse troposphère (TLT, Temperature Lower Troposphere, de 0 à 7000 m d’altitude; depuis 1978), la température de la troposphère moyenne (TMT, Temperature Middle Troposphere, depuis 1978), et la température de la troposphère supérieure (TTS). Il existe aussi des données appelées TTT (Temperature Total Troposphere, depuis 1978). A cela s’ajoutent des données concernant la stratosphère (C10, C11, C12, etc).

4. Les données des satellites de l’UAH (Université de l’Alabama, Huntsville). Ces données sont disponibles ici, et n’existent que depuis 1979. Elles sont publiées par John Christy et Roy Spencer.

Les relevés de températures publiés ne représentent pas les valeurs absolues des températures mais les écarts par rapport à une moyenne relative à une époque antérieure. Ces écarts sont baptisés “anomalies”.

Base choisie :

GISTEMP : Jan 1951 à Déc 1980 (30 ans)
HADCRUT : Jan 1961 à Déc 1990 (30 ans)
RSS : Jan 1979 à Déc 1998 (20 ans)
UAH : Jan 1979 à Déc 1998 (20 ans)

Les biais des séries GISTEMP et HADCRUT :

– Les thermomètres ne sont pas distribués de façon homogène sur la planète. Ils sont essentiellement présents dans les pays développés à proximité des zones habitées. Il y a peu de thermomètres dans le Sahara, dans les zones montagneuses et dans les pays en guerre.

– Les thermomètres sont tous différents et d’âges différents. Les données doivent donc être corrigées station par station (les protocoles utilisés ne sont pas disponibles…)

– Il y avait peu de thermomètres en 1880 par comparaison à l’heure actuelle. La distribution des données n’est donc pas homogène au cours du temps. Les valeurs globales anciennes sont donc moins certaines que les valeurs globales actuelles.

– Les thermomètres doivent être entretenus et calibrés régulièrement, ce qui n’est pas toujours le cas.

– Une station météo proche d’une ville capte la chaleur émise par la ville… et les villes s’étendent chaque année alors que les stations météo restent au même endroit. C’est l’effet de chaleur urbain. La température affichée par certains thermomètres est donc modifiée pour tenir compte de l’effet urbain. Les valeurs à retrancher sont estimées et donc imprécises. En effet, il est difficile de savoir la température qu’il ferait si la ville n’était pas présente…

Pour toutes ces raisons les séries satellitaires sont préférables. En effet, les satellites couvrent toute la planète de manière homogène et ne sont pas soumis à l’effet de chaleur urbain. Ce sont également les mêmes satellites qui effectuent toutes les mesures (contrairement aux milliers de thermomètres qui sont d’âge et de marque différents). Les satellites peuvent mesurer la température des différentes couches de l’atmosphère., pas seulement la température au niveau du sol. Cependant, nous ne les avons que depuis 1979.

Les satellites mesurent les émissions micro-ondes naturelles provenant de l’oxygène de l’atmosphère. L’intensité des signaux que ces radiomètres micro-ondes captent à différentes fréquences est directement proportionnelle à la température des différentes couches de l’atmosphère.

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